docObliczenia śladu węglowego dla poszczególnych nośników energii
download 
Reklamacja Transkrypt
Obliczenia śladu węglowego dla poszczególnych nośników energii
INSTYTUT GOSPODARKI SUROWCAMI MINERALNYMI I ENERGIĄ POLSKIEJ AKADEMII NAUK Pracownia Badań Strategicznych Obliczenia śladu węglowego dla poszczególnych nośników energii w Polsce z wykorzystaniem zaproponowanej metodyki i zakupionych danych Opracowanie: Łukasz Lelek Kraków, 2015 Obliczenia śladu węglowego dla poszczególnych nośników energii w Polsce z wykorzystaniem zaproponowanej metodyki i zakupionych danych Spis treści 1. Wprowadzenie ........................................................................................................................ 3 2. Zakres oceny procesów i produktów metodą LCA i carbon footprint (CF) .......................... 4 3. Analiza porównawcza produkcji energii z wykorzystaniem metody LCA............................ 8 3.1. Zakres i cel analizy ...................................................................................................... 8 3.2. Analiza zbioru.............................................................................................................. 8 3.3. Ocena wpływu ............................................................................................................. 9 3.4. Interpretacja wyników ................................................................................................. 9 2 Obliczenia śladu węglowego dla poszczególnych nośników energii w Polsce z wykorzystaniem zaproponowanej metodyki i zakupionych danych 1. Wprowadzenie Poszukiwanie oraz zastosowanie odnawialnych źródeł energii (OZE), jest istotnym aspektem idei zrównoważonego rozwoju uwzględnionym w polityce zarówno dla Unii Europejskiej jak indywidualnych państw członkowskich. Wiąże się to z tym, iż wykorzystywanie konwencjonalnych źródeł energii, powoduje szkody środowiskowe związane zarówno z eksploatacją i wyczerpywaniem zasobów mineralnych, a ich użytkowanie skutkuje emitowaniem zanieczyszczeń do środowiska. Coraz szersza popularność OZE wynika nie tylko z ich przewagi ekologicznej, ale i uwarunkowań ekonomicznych. Z jednej strony jest to skutek wzrostu cen konwencjonalnych nośników energii, gdyż ich eksploatacja z miejsc coraz mniej dostępnych przyczynia się do znaczącego wzrostu kosztów wydobycia, a z drugiej udoskonalania technologii stosowanych dla OZE, co przyczynia się również do ograniczenia powstawania odpadów. Tworzenie nowoczesnych instalacji do produkcji energii ze źródeł typu wiatr, woda, słońce oraz biomasa mają swoje korzyści zarówno na poziomie lokalnym jak i globalnym. Mogą przyczynić się do wzrostu gospodarczego danego regionu m.in. poprzez tworzenie nowych miejsc pracy oraz znaczącego obniżenie emisji gazów cieplarnianych, a tym samym do zmniejszenia wpływu energetyki na globalne zmiany klimatu [4]. Biorąc pod uwagę strukturę produkcji energii w Polsce (dominują wciąż dwa podstawowe nośniki energii – węgiel kamienny i brunatny ok. 90%) oraz zobowiązania wynikające z umów międzynarodowych, do strategicznych założeń Polityki energetycznej Polski do 2030 roku zalicza się: • poprawę efektywności energetycznej, • wzrost bezpieczeństwa dostaw paliw i energii, • dywersyfikację struktury wytwarzania energii elektrycznej, w tym poprzez wprowadzenie energetyki jądrowej • rozwój wykorzystania odnawialnych źródeł energii, w tym biopaliw • rozwój konkurencyjnych rynków paliw i energii • ograniczenie oddziaływania energetyki na środowisko (Polityka… 2009). W Polsce rozwojowi energetyki odnawialnej w nie sprzyja fakt bogatych złóż węgla kamiennego i brunatnego. Jednak realizacja zobowiązań międzynarodowych, wynikających z Ramowej Konwencji Narodów Zjednoczonych w sprawie zmian klimatu oraz Protokołu z Kioto do tej konwencji, odnośnie redukcji CO2 stymuluje rozwój zielonej energii [9]. W ostatnich latach zauważalny jest wzrost znaczenia OZE, w tym energii wody i biomasy. 3 Obliczenia śladu węglowego dla poszczególnych nośników energii w Polsce z wykorzystaniem zaproponowanej metodyki i zakupionych danych Biomasę wykorzystuje się głównie w biogazowniach oraz w procesie współspalania z węglem [8]. Wraz z pojawianiem się nowych technologii związanych z OZE, szczególnie z biomasą, konieczna jest kompleksowa ocena oddziaływania na środowisko oraz określenia uzyskanych efektów ekologicznych związanych z modernizacją tych systemów [11]. Wprowadzenie kwantyfikowania korzyści środowiskowych, ułatwiłoby monitorowanie efektywności ekologicznej danej instalacji oraz skuteczniejsze porównywanie różnych alternatywnych scenariuszy. Metodą, która spełnia powyższe kryteria jest LCA (Life Cycle Assessment), która w UE jest powszechnie stosowaną techniką zarządzania środowiskowego. Umożliwia holistyczną ocenę produktów, procesów, systemów tj. z uwzględnieniem faz przed- i poprodukcyjnych, pozwala również na kwantyfikowane efektu ekologicznego w postaci jednej liczby, np. Eko-punktów Pt. Przyczynia się do znacznie łatwiejszej interpretacji wyników, jak również do sprawniejszego zestawienia dwóch różnych technologii bądź systemów [5]. 2. Zakres oceny procesów i produktów metodą LCA i carbon footprint (CF) Metoda LCA jest narzędziem służącym do oceny potencjalnego wpływu danego produktu, procesu bądź usługi, na środowisko oraz wskazującym sposoby poprawy jakości środowiska. Jego podstawowym założeniem jest fakt, iż dąży do oceny oddziaływania na środowisko uwzględniając wszystkie czynniki wpływające, związane z danym wyrobem. Analiza oddziaływania środowiskowego prowadzona jest „od kołyski do grobu”, zaczynając już od pozyskania surowców, poprzez użytkowanie, aż do likwidacji i zagospodarowania odpadów danego wyrobu (rys.1, towar, usługa, proces produkcji itp.) [5]. LCA została opisana przez Międzynarodowy Komitet Normalizacyjny w normach z serii ISO 1404X (Zarządzanie środowiskowe - Ocena cyklu życia), po raz pierwszy wydanych w Polsce w 2000 roku (normy: 14040 Zasady i struktura, 14041 - Określenie celu i zakresu oraz analiza zbioru, 14042 - Ocena wpływu cyklu życia, 14043 - Interpretacja cyklu życia), a następnie uaktualnianych w latach 2006 i 2009. Obecnie obowiązujące normy to: PN-EN ISO 14040:2009 Zarządzanie środowiskowe - Ocena cyklu życia - Zasady i struktura oraz PN-EN ISO 14044 Zarządzanie środowiskowe - Ocena cyklu życia - Wymagania i wytyczne. Analiza ilości emisji CO2 oraz innych gazów cieplarnianych tj. takich, które przyczyniają się do efektu cieplarnianego określa się mianem śladu węglowego. Taką praktykę, w ostatnich latach stosuję coraz większa liczba przedsiębiorstw mając na uwadze uwarunkowania społeczne i środowiskowe swojej działalności. Dotychczas obejmowała ona 4 Obliczenia śladu węglowego dla poszczególnych nośników energii w Polsce z wykorzystaniem zaproponowanej metodyki i zakupionych danych głównie kalkulacje tzw. bezpośrednich emisji gazów cieplarnianych czy emisji wynikających z bezpośredniej działalności przedsiębiorstwa tj. własnego procesu technologicznego, spalania paliw, wykorzystania energii elektrycznej czy podróży służbowych pracowników. Jednakże ostatnie uregulowania w tym zakresie dla organizacji i wyrobów zobligowały do uwzględniania tzw. całego cyklu życia procesów i produktów. Wytyczne dotyczące inwentaryzacji gazów cieplarnianych i projektów z nią związanych oraz ich walidacji i weryfikacji zostały ujęte w normach ISO 14064, a kalkulacji śladu węglowego produktu w normie ISO 140671. Zgodnie z wytycznymi określonymi normie ISO 14067 analiza śladu węglowego dla organizacji lub wyrobu/usługi powinna uwzględniać emisje gazów cieplarnianych wynikające nie tylko z bezpośredniej działalności organizacji lub wykorzystania wyrobu/usługi ale wynikające również z etapów pośrednich i ich cyklów życia . Norma ISO 14067 dzieli dane inwentarzowe na dwie ogólne kategorie: • bezpośrednie emisje i usunięcia GHGs – obejmujące emisje następujące na terenie organizacji i określone na drodze monitoringu, stechiometrycznie lub w bilansie masowym. „Bezpośrednie” oznacza tutaj kontrolowane przez organizację, ale można to rozumieć także, jako nie mające wcześniejszej lub późniejszej historii technologicznej, • activity data – obejmujące wejścia i wyjścia materiałów wchodzących i wychodzących z organizacji, które mają swoją historię technologiczną skutkująca emisjami GHGs. Przy takim podziale, norma grupuje emisje GHGs według trzech poziomów: • zakres 1 - emisje GHGs ze źródeł gazu cieplarnianego należących do organizacji lub przez nią nadzorowanych (emisje bezpośrednie) • zakres 2 - emisje GHG przy wytwarzaniu energii elektrycznej, ciepła lub pary wodnej zużywanej przez organizację (pośrednie energetyczne emisje GHGs) • zakres 3 - emisje GHG inna niż pośrednie energetyczne emisje GHG, które są skutkiem działalności organizacji, ale powstają w źródłach gazu cieplarnianego, które należą lub są nadzorowane przez inne organizacje. Natomiast w nawiązaniu do norm z serii ISO 1404X (metodyka LCA), obliczanie śladu węglowego powinno być prowadzone według następujących etapów : a) Określenie celu, zakresu i granic analizy 1 ISO/TS 14067:2013 Greenhouse gases -- Carbon footprint of products -- Requirements and guidelines for quantification and communication 5 Obliczenia śladu węglowego dla poszczególnych nośników energii w Polsce z wykorzystaniem zaproponowanej metodyki i zakupionych danych Etap ten jest niezbędny, ponieważ bez określenia celu i zakresu (jak głęboko ma być prowadzona analiza, jakiego typu emisje będą brane pod uwagę) oraz granic analizy (które obszary działalności przedsiębiorstwa będą poddane analizie) nie będzie można zebrać wiarygodnych danych dotyczących śladu węglowego organizacji. Należy się zastanowić czy uwzględnia się łańcuch dostaw. b) Zebranie i analiza danych, obliczenie śladu węglowego W tym etapie prowadzi się rejestr urządzeń oraz gromadzi się dane dotyczące bezpośrednich emisji w przedsiębiorstwie, np. zużycia paliw, zużycia energii elektrycznej oraz uwzględnia zużycia materiałów, podróże służbowe, podwykonawstwa/usługi, produkcję odpadów. Przy obliczaniu śladu węglowego można posłużyć się np. wskaźnikami DEFRA. c) Opracowanie raportu przedstawiającego wyniki analizy i obliczony ślad węglowy W raporcie powinny być ujęte: opis metodyki obliczania śladu węglowego, granice i zakres analizy, wykaz zebranych danych, obliczona wartość śladu węglowego przedsiębiorstwa lub procesu w zależności od założeń, zalecenia działań mających na celu obniżenie śladu węglowego przedsiębiorstwa/produktu. Wyniki analizy mogą być zweryfikowane przez niezależną organizację. 6 Zużycie energii, zużycie surowców, efekt cieplarniany, smog, zakwaszenie, toksyny środowiskowe, zagospodarowanie odpadów ....... Ocena wpływu na środowisko Emisje Odpady Analiza inwentarzowa Wyjścia Wejścia Wyjścia Wejścia Wyjścia Wejścia Półprodukty Produkcja Wyjścia Wejścia Wyjścia Wejścia Użytkowanie Utylizacja Recykling Resources Etapy cyklu życia Gromadzenie i przygotowanie surowców Fazy cyklu życia Rysunek 1. Zakres analizy cyklu zycia Faza produkcji Faza użytkowania Faza końca życia 3. Analiza porównawcza produkcji energii z wykorzystaniem metody LCA Analiza porównawcza dla różnych źródeł energii prowadzono zgodnie z prezentowanymi zasadami. 3.1. Zakres i cel analizy Celem analizy jest przeprowadzenie z użyciem metodyki LCA oceny porównawczej produkcji energii z konwencjonalnych źródeł oraz biomasy użytej w tym celu. Jednostką funkcjonalna będzie: - dla wytwarzania energii cieplnej - 1 MJ, wyprodukowanej z użyciem biomasy (pelety drewniane, zrębki drzewne pochodzące z przemysłu drzewnego, zrębki z drzewa bukowego, zrębki z drzewa świerkowego) jak i paliwa konwencjonalnego (węgiel kamienny, lekki olej opałowy, gaz ziemny). Granice system obejmują proces spalania, z uwzględnieniem niezbędnej infrastruktury, lecz bez uwzględnienia transportu materałów, czyli tzw. „od kołyski do bramy”. 3.2. Analiza zbioru Analizy wykonano w programie SimaPro Oceny wpływu cyklu życia dokonano metodą Impact 2002+, stanowiącą połączenie czterech metod LCIA: IMPACT 2002+, Ecoindicator 99/E [1], CML [2] oraz IPCC. Na najbardziej skumulowanym poziome, wielkość oddziaływania na środowisko wyrażona jest wartością ekowskaźnika i mierzona w punktach środowiskowych [Pt]. Wynik skumulowanego ekowskaźnika można “rozłożyć” na mniejsze elementy: kategorie szkody (zdrowie człowieka, jakość ekosystemu, zmiany klimatu, zasoby) oraz kategorie wpływu (czynniki rakotwórcze, czynniki nie rakotwórcze, promieniowanie jonizujące, wpływ zw. nieorganicznych na układ oddechowy, wpływ zw. organicznych na układ oddechowy, zubożenie warstwy ozonowej, ekotoksyczność, eutrofizacja, zagospodarowanie terenu, zakwaszanie, globalne ocieplenie, eksploatacja surowców mineralnych, energia nieodnawialna). Ważone wyniki wskaźników kategorii wpływu lub szkody wyrażone są także w punktach środowiskowych [Pt] (endpoints level). Ponadto kategorie szkody i wpływu można dodatkowo analizować na bardziej zdezagagregowanych poziomach: normalizowania i charakteryzowania (midpoints level). W tym ostatnim Obliczenia śladu węglowego dla poszczególnych nośników energii w Polsce z wykorzystaniem zaproponowanej metodyki i zakupionych danych przypadku wyniki wskaźników kategorii wpływu wyrażone będą w ich własnych jednostkach np. kg CO2e dla globalnego ocieplenia. 3.3. Ocena wpływu Analiza wykonana została dla 5 rodzajów nośników energii w tym trzech konwencjonalnych. Wartości opałowe oraz wilgotność w przypadku drewna zamieszczono w tabeli 2. W analizie uwzględniona została również infrastruktura, konieczna do przeprowadzenia procesu konwersji energii (we wszystkich przypadkach były to zespoły energetyczne do 100 kW mocy) oraz bilans materiałowy i paliwowo-energetyczny. Tabela 2. Wartości opałowe oraz wilgotność analizowanych paliw Lp. [1] [2] [3] [4] [5] Rodzaj Paliwa Brykiety - węgiel kamienny Olej opałowy - lekki Gaz ziemny Pompy ciepła Pellety drewniane Wartość opałowa [MJ/kg], [MJ/m3] 31.4 42,8 34 17 Wilgotnośc [%] 10 Źródło: [3] 3.4. Interpretacja wyników Wyniki analizy wskazują, że obciążenia środowiskowe powodowane przez produkcję energii z zastosowania OZE są kilkukrotnie niższe, niż z zastosowaniem paliw konwencjonalnych w całym cyklu życia (rys.2). Na podstawie przeprowadzonych analiz stwierdzono, że największa emisja GHGs związana jest z produkcją energii z węgla kamiennego, a następnie oleju opałowego, gazu ziemnego, pomp ciepła i biomasy. W przypadku spalania paliw konwencjonalnych to głównie bezpośrednie emisje CO2 determinują wskaźnik śladu ekologicznego. Jednakże w przypadku OZE, gdzie w trakcie produkcji energii nie powstają żadne emisje (za wyjątkiem biomasy) głównym czynnikiem wpływającym na wartość śladu węglowego są pozostałe etapy cyklu życia (nie związane z procesem produkcji energii). W związku z tym, iż do produkcji energii elektrycznej lub ciepła z OZE niezbędne są nowe i zaawansowane technologie, to głównie faza produkcji niezbędnej infrastruktury jak i faz jej zagospodarowania jako odpad stanowią źródło największych, pośrednich emisji gazów cieplarnianych. Odzwierciedla się to w wynikach uzyskanych w analizie, gdzie ślad węglowy dla pompy ciepła jest wyższy od wykorzystanej na cele gzrewcze biomasy. Zwiazane jest to z 9 Obliczenia śladu węglowego dla poszczególnych nośników energii w Polsce z wykorzystaniem zaproponowanej metodyki i zakupionych danych koniecznością wykonania odwiertu pionowego, w którym umieszczony będzie wymiennik razem z nośnikiem energii. Tak więc faza przygotowania infrastrurtury niezbędnej do wykorzystania ciepła z gruntu odpowiada za wysoki poziom śladu węglowego, w porówannaiu do spalania biomasy. Rysunek 2. Wyniki analizy produkcji 1 GJ energii cieplnej w poszczególnych technologiach energetycznych o mocy nieprzekraczającej 100 kW Literatura [1] Goedkoop M., Spriensma R., 2000. The Eco-indicator 99. A damage oriented method for Life Cycle Assessment. Methodology Report, PreConsultants, The Netherlands; [2] Guinee J.B., Gorree M., Heijungs R., Huppes G., Kleijn R., Koning A., Oers L., Sleeswijk A.W., suh S., Udo de Haes H.A., Bruijn H., Duin R., Huijbregts M.A.J., Lindeijer E., Roorda A.A.H., van der Ven B.L., Weidema B.P., 2002. Handbook on life cycle assessment: Operational Guide to the ISO standards. Part 1,2,3. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht Boston London ISBN 978-14-02002-28-1; [3] Hansen M. T., , Rosentoft Jein A. , Wach E., Bastian M., Poradnik użytkowania peletów drzewnych, Projekt Komisji Europejskiej Pelets@las, 10 Obliczenia śladu węglowego dla poszczególnych nośników energii w Polsce z wykorzystaniem zaproponowanej metodyki i zakupionych danych [4] Janowicz L., Biomasa w Polsce, Energetyka i Ekologia, Nr 8, s.601-604, 2006 [5] Kowalski Z., Kulczycka J., Góralczyk M., Ekologiczna ocena cyklu życia procesów wytwórczych (LCA), ydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2007 [6] Kubica K., Spalanie biomasy i jej współspalanie z węglem, Biuletyn Ekologiczny, Nr 5, s. 3-5, 2003 [7] Kulczycka J., Odzwierciedlenie metody oceny cyklu życia w polityce ekologicznej, Ekonomia i Środowisko, Czasopismo Europejskiego Stowarzyszenia Ekonomistów Środowiska i Zasobów Naturalnych, nr 1 (35), s. 52-61, Białystok, 2009 [8] Kulczycka J., Pietrzyk-Sokulska E., (red.), 2012: Ewaluacja systemu energetycznego w Polsce, wyd. IGSMiE PAN; [9] Kulczycka J., Pietrzyk-Sokulska E., Ewaluacja gospodarki odpadami komunalnymi w Polsce, Wydawnictwo IGSMiE PAN, Kraków, 2009 [10] Polityka energetyczna Polski do 2030 r., Ministerstwo Gospodarki i Pracy, Zespół do spraw polityki energetycznej; Warszawa, styczeń 2009 r.; [11] Soliński I., Jesionek J., Efekty ekologiczne współspalania biomasy z węglem kamiennym, Warsztaty Współspalanie biomasy i termiczna utylizacja odpadów w energetyce, Kraków, 2007 [12] www.pre.nl (data aktualizacji 20.04.2010) 11
